stm32rtc实时时钟详解文章

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stm32 后备区域基础知识详解

stm32 bkp基础知识详解

Unix时间戳基础知识详解

stm32 rtc实时时钟基础知识详解

相关代码初始化配置

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stm32 后备区域基础知识详解

        stm32芯片的 后备区域 (Backup Domain) 是一个特殊的区域，专门用在系统 电源关闭 或者 复位 后维持一些数据不被丢失，通常使用备用电池提供电源，也就是使用纽扣电池提供电源，这样即使主控电源断电，RTC(实时时钟)和其他后备寄存器的数据依然能够保持。

后备区域组成包含：

        RTC模块：stm32 的实时时钟模块(RTC)是一个低功耗计时器，用来保持时间和日期等信息，即使在主控电源关闭之后也能维持之前的数据，RTC模块可以通过电池供电来持续工作。

        BKP寄存器：BKP寄存器是用来存储一些需要再系统复位后保持的数据，比如用户的一些配置信息，计数器的值等，BKP寄存器的内容不会因为系统复位或者掉电而去丢失。

        备份SRAM：在一些stm32的型号里面，还包括成为备份SRAM的区域，这个区域在主电源断电的时仍然使用备用电池供电，用于存储一些数据，这是一个独立于SRAM的内存区域，通常用于存储长期不变的数据。

stm32 bkp基础知识详解

        芯片的 bkp(Back Up) 备份寄存器 通常用来保存掉电之后仍然不丢失的数据，而stm32F103系列芯片属于中容量产品，该产品的寄存器是42个16位的寄存器，可以用来存储84个字节的用户程序数据。

        当芯片VDD电源被切断，后备区域切换为VBAT（1.8~3.6V）维持供电，如果芯片VDD电源没有被切断，依然使用芯片VDD电源对 bkp 后备区域进行供电，当系统在待机模式下被唤醒，或系统复位或电源复位时，也不会被复位，使用芯片的Vbat引脚进行供电，通常情况下是使用纽扣电池对芯片的Vbat引脚进行供电，在芯片进行断电或者芯片进行复位的时候，bkp寄存器中的数据仍然受不到影响。

        同时当TAMPER引脚产生侵入事件的时候会将所有备份寄存器内容清除，TAMPER引脚用来安全保障设计，如果做一个安全系数非常高的设备，BKP里面存了一些数据，同时需要防拆的功能，可以使用TAMPER引脚的防入侵检测的功能。

        TAMPER引脚通常连接到外部的信号源(按钮  传感器  外部电路)，当引脚的电平或信号发生变化的时候，STM32的安全模块会做出响应。

        因为bkp寄存器掉电不丢失数据的特性，通常与rtc时钟外设进行联动使用，来使rtc时钟达到掉电之后时钟时间依然保持精准计时的特性。

              

                                                        纽扣电池/电池底座图

        上文提及到bkp寄存器内的数据不受芯片断电影响和复位影响，但是如果将Vbat电源断电在此复位就能发现数据是丢失的。

        芯片的数字电路供电引脚 VDD VSS 这些引脚主要给STM32的数字电路提供电源，处理器，核心，外设(GPIO SPI USART)，其中VDD是正极 VSS是电源负极。

                                芯片数字电路供电引脚标号

        而模拟电路供电引脚，是用来专门给模拟电路的外设进行供电的，因为模拟电路对于电源噪声要求比较高，所以这些引脚有单独的供电要求，用来保证模拟电路的精度还有稳定性。        

                                芯片模拟电路供电引脚标号

        备用电源引脚用于在主电源(VDD)断开时，维持某些外设的工作，RTC和BKP非易失存储器，引脚通常连接到纽扣电池上，因为这里VBAT是接入电源正极，而纽扣电池的负极接入VSS就行了。

                                芯片备用电池供电引脚

        芯片的电源引脚分离设计有助于降低电源噪声，确保模拟电源的性能和稳定性。

Unix时间戳基础知识详解

        Unix时间戳(也叫POSIX时间戳或Epoch时间)，从1970年1月1日0分0秒英国时间开始计时，没有任何的单位换算，计时单位只有秒，世界上所有的Unix计数器时间相同，不同时区通过添加偏移来得到当地时间。

        因为Unix时间戳只有秒，计算为时间需要通过换算，在计算机中通常使用 32 位变量来用于Unix时间戳存放秒数。

stm32 rtc实时时钟基础知识详解

        RTC(Real Time Clock)实时时钟本质上是独立的定时器，rtc模块拥有一组连续计数的计数器，在通过软件程序对rtc定时器进行配置，可以提供时钟日历等功能，RTC和时钟配置系统处于后备区域，系统复位时数据不清零，芯片VDD断电后可借助VBAT供电继续走，修改计数器的值可以重新设置系统当前时间和日期，而不需要电源的支持，适合实时计时和存储日期，同样的RTC引脚也可以输出校准时钟，RTC闹钟脉冲或者脉冲。

                                                        数据手册框图

        图中的 32  位可编程计数器，对应的就是Unix 时间戳，用来计时需要时间需要通过换算时间戳的秒数。左边的RTC预分频器是20位的，分频器输出给计数器的频率为1hz，而外部时钟源的频率都比较高，所以需要分频器的分频。

        灰色区域部分在待机模式下，依然会进行供电，同时RTC是APB1总线上的外设，

                          

                                                        RCC时钟框图

        RTC这个外设时钟源能选择 LSI HSE HSI 三种时钟源，但是基本上只用，LSE作为时钟源也就是外部低速时钟，在芯片VDD掉电之后 LSI HSE 是停止运行的，而HSI时钟源可以通过VBAT进行供电运行，而RTC需要再掉电之后依然能够正常运行，所以因为这个特性需要选择 HSI 这个时钟源来使用。

        而RTC引脚也就是PC13引脚，在这里需要注意的是，PC13/TAMPER/RTC三个功能公用一个引脚。        

                                                        RTC程序流程框图

          右边的 秒信号 计数器溢出信号 闹钟信号 可以触发中断，如果需要使用闹钟触发中断，可以使用32位闹钟值进行配置。      

                            

                                                        配置电路图

        需要注意的是，芯片晶振走线需要先过晶振在过电容，反之是不对的，推荐连接的二极管是为了防止电流倒灌设计的。

相关代码初始化配置

        初始化 bkp 的时候还需要初始化 pwr ，因为bkp寄存器位于 后备区域 ，该区域的电源是由 PWR 模块进行管理的，当系统进入待机模式或掉电模式，pwr模块确保VBAT电池供电给 bkp寄存器和RTC模块。

	#if 0//使用BKP寄存器流程   开启 PWREN BKP 时钟 使能对 BKP RTC外设的访问RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_BKP,ENABLE);RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR,ENABLE);//使用 CTRL + ALT +空格快捷键 函数就会进行参数提示PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1,0x1234);OLED_ShowHexNum(1,1,BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1),4);#endif

                                                        bkp初始化代码

        这里需要注意的是 time.h 库文件是编译器自带的库文件，这种库文件引入的时候需要使用<>来完成，同时需要注意的是，在赋值数据的时候数据前面不需要加 0 ，如果数据前面加0代表着是8进制的意思。

#include "RTC.h"
#include "stm32f10x.h"  
#include <time.h>uint16_t RTC_Arry[] = {2023,1,1,23,59,55};void RTC_Init(void)
{RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_BKP,ENABLE);RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_PWR,ENABLE);PWR_BackupAccessCmd(ENABLE);RCC_LSEConfig(RCC_LSE_ON);//如果有VBAT电源BKP里面的数据就不会丢失，这个时候if语句就不会执行也不会执行初始化if(BKP_ReadBackupRegister(BKP_DR1)!=0xA5A5)//利用Bkp来判断VBAT电源有没有断电{//获取标志位判断 LSE 时钟是否准备完毕while(!RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSERDY)){}#if 0//如果LSE晶振有问题齐振不了可以选择更换时钟源RCC_LSICmd(ENABLE);//获取标志位判断 LSE 时钟是否准备完毕while(!RCC_GetFlagStatus(RCC_FLAG_LSIRDY)){}RCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSI);RTC_SetPrescaler(4000 - 1);//分频为1hz#endifRCC_RTCCLKConfig(RCC_RTCCLKSource_LSE);RCC_RTCCLKCmd(ENABLE);//等待RTC时钟和APB1时钟同步，等待上次RTC操作完成	RTC_WaitForSynchro();RTC_WaitForLastTask();RTC_SetPrescaler(32768 - 1);//分频为1hzRTC_WaitForLastTask();//等待写入完成//设置32位unix时间戳时间RTC_SetCounter(1672588795);RTC_WaitForLastTask();//等待写入完成BKP_WriteBackupRegister(BKP_DR1,0xA5A5);}}
//初始化之后得到的是Unix秒时间 还需要一个函数用来把秒函数转化为 现实时间进制
//调用函数把数组里面的时间刷新进RTC数组里面，同样的将Unix时间戳的数据保存在RTC_Arry[]数组里面
void RTC_Set_Time(void)
{time_t time_cnt;struct tm time_data;time_data.tm_yday = RTC_Arry[0] - 1900;time_data.tm_mon = RTC_Arry[1] - 1;time_data.tm_mday = RTC_Arry[2];time_data.tm_hour = RTC_Arry[3];time_data.tm_min = RTC_Arry[4];time_data.tm_sec = RTC_Arry[5];//将现实时间转化为时间戳time_cnt = mktime(&time_data) - 8*60*60;//同时将时间戳写到RTC外设的32位寄存器里面RTC_SetCounter(time_cnt);RTC_WaitForLastTask();}
void RTC_ReadTime(void)
{time_t time_cnt;struct tm time_data;//北京时间比伦敦时间多了8个小时time_cnt = RTC_GetCounter()+8*60*60;//将时间戳换算为日期time_data = *localtime(&time_cnt);RTC_Arry[0] = time_data.tm_yday + 1900;RTC_Arry[1] =  time_data.tm_mon + 1;RTC_Arry[2] = time_data.tm_mday;RTC_Arry[3] = time_data.tm_hour;RTC_Arry[4] = time_data.tm_min;RTC_Arry[5] = time_data.tm_sec;}

                                                        RTC初始化代码

        同时需要注意的是因为time库函数中的转为时间为伦敦时间不是中国时间差了8个小时，所以在对给Unix时间戳寄存器赋值的时候需要去掉8个小时，同理在利用Unix时间戳计算中国时间的时候需要加上8个小时。

        在进行初始化的时候利用bkp寄存器里面的数据来判断VBAT这个引脚有没有断电如果没有断电，只是VDD断电就不在初始化RTC设备，如果VBAT断电BKP寄存器里面的数据丢失，那就重新初始化RTC寄存器的时间。

        来实现当有纽扣电池的时候芯片断电时间依然准确，而当VBAT备用电池断电的时候时间就重新初始化了。

使用纽扣电池注意事项

        需要注意的是，当备份区域使用Vdd供电的时候，也就是Vbat引脚没有使用纽扣电池的时候，pwr内部低电压检测器会自动切换为Vdd进行供电下述功能可用。

1 PC14和PC15可以用于GPIO或LSE引脚

2 PC13可以作为通用IO口，TAMPER引脚，RTC校准时钟，RTC闹钟或秒输出

        如果当后备区域使用Vbat进行供电，也就是使用纽扣电池对芯片Vbat引脚进行供电的时候，固定为下述功能：

1 PC14 PC15引脚只能作为LSE时钟源输入引脚

2 PC13引脚可以作为TAMPER引脚，RTC闹钟或秒输出

        当使用纽扣电池对Vbat引脚供电使用芯片RTC功能时，PC13 14 15 引脚不能作为普通GPIO来使用。​​​​​​​

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